1 河北工业大学 机械工程学院，天津30040
2 河北工业大学 电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津300401
3 天津爱思达航天科技股份有限公司，天津00000
针对现有接触式测量方法装夹定位后只能测量一种或两种参数、检测效率低等问题，提出一种舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测方法。首先，利用计算机视觉系统获取舵轴和舵面区域图像，利用图像预处理技术去除图像畸变和噪声，为了更有效地提取舵类结构件边缘，分别采用Sobel算子、Scharr算子、Laplace算子和Canny算子对图像进行边缘检测以确定轮廓，实验对比发现Scharr算子处理后的舵轴图像边缘更清晰且无间断，Canny算子处理后的摇臂图像边缘比较清晰，因此选用Scharr算子提取舵轴图像边缘、Canny算子提取摇臂图像边缘。结合被测要素特点，采用霍夫直线和霍夫圆检测方法提取舵面边缘线特征、舵轴母线特征、摇臂圆轮廓特征；确定了舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的基准要素，构建了几何量误差检测目标函数，运用自适应遗传算法计算最优解；结合相机标定的内外参矩阵，得到舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的测量值。最后，研发了舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测软件，搭建了视觉检测实验平台，实现了几何量误差及装配角度误差快速检测功能。经过多次重复测量实验，对称度检测精度达到0.055 mm，垂直度检测精度达到0.225 mm，装配角度检测精度达到0.772°，完成单次检测耗时7 s。该方法不仅提高了几何量误差检测精度和检测效率，同时有助于提高舵类结构件成型-制造-在机检测的自动化和智能化水平。
舵类结构件 几何量误差 视觉检测 霍夫变换 air rudder geometric errors vision inspection hough transform
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
2 中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089
针对批量化零件的自动化高效视觉检测需求，传统的先视点再路径的单独规划方法容易导致检测效率陷入局部最优。为此，本文提出一种视点与路径多目标整体规划方法，将视点和路径规划问题建模为一个组合优化问题进行多目标优化，旨在全局寻求检测效率最优解。该方法基于表面曲率对视点进行自适应冗余采样，构造兼顾质量与多样性的采样视点集。针对视点覆盖率与检测时间成本两个优化目标，提出基于约束的非支配排序遗传算法（C-NSGA-Ⅱ）进行优化，快速得到满足最小覆盖率的全局最优解，从而实现视点与路径的整体规划，最小化检测时间成本。仿真实验结果表明，该方法相比于简化为单目标优化问题的整体规划方法，运算效率提升90%左右；与传统的单独规划方法相比，视觉检测时间成本有效缩短10.52%以上。最后通过机器人视觉检测应用验证了本文方法的有效性与优越性。
视点规划 覆盖路径规划 自动化视觉检测 多目标规划 非支配排序遗传算法
1 北京信息科技大学 机械工业现代光电测试技术重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
为了线结构光平面标定的准确性和高效性，以及提高线结构光平面标定方法的普适性，提出了一种基于2维圆形标靶的线结构光平面标定方法。采用光条提取算法得到照射在2维圆形标定靶任意位置处光条中心点的亚像素坐标值，将光条上所有点拟合成直线，交圆形标定靶每列靶标连线于一点; 得到每列靶标连线与拟合出的光条中心线交点后，连接交点与相机光学中心形成一条直线; 联立该连线的直线方程与像素坐标系下两条交线的直线方程，以及2维圆形标定靶所在平面的方程，求解出每个交点在相机坐标系下的坐标; 最后采用最小二乘拟合算法进行平面拟合，得到了所求光平面方程; 介绍了该标定方法的基本原理和实现过程，搭建实验系统对其有效性进行了验证。结果表明，用该方法求取光平面的平均测量误差可以达到2.36737 mm，鲁棒性高，且标定流程十分简便，适用于一般的工程应用和机械加工过程。该研究为线结构光传感器的光平面标定提供了参考。
图像处理 线结构光平面标定 光电视觉检测 机器视觉 image processing linear structured light plane calibration optoelectronic vision inspection machine vision
东华理工大学机械与电子工程学院, 南昌 330000
针对基于Census变换的立体匹配算法匹配精度不理想、易受噪声干扰的问题, 提出一种自适应窗口结合改进Census变换的方法。通过自适应选择变换窗口大小, 并在Census变换中引入噪声容限参数, 且将其改进Census代价与RGB颜色差值代价加权融合, 再采用四路径代价聚合策略完成初始代价聚合, 最后用WTA算法计算初始视差后通过后处理优化得到最终视差。实验结果表明所提算法误匹配率较低, 抗噪性能有较好提升。
视觉检测 立体匹配 自适应窗口 Census变换 代价融合 visual inspection stereo matching adaptive window Census transformation cost fusion
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所天文光谱和高分辨成像技术研究室，江苏 南京 210042
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
针对透明光学元件特征不明显以及机器视觉难以进行大视场、高精度尺寸测量的问题，提出一种基于亚像素图像拼接的视觉测量方案。该方案对相机坐标系与世界坐标系间的旋转角进行标定，获得精确的尺度因子与图像预匹配结果；图像坐标系旋转角校正后小于；通过添加网格背景实现透明元件特征匹配。所提基于滑动窗口预匹配、随机采样一致性筛选最佳偏移向量的配准算法，使图像拼接精度达到0.05 pixel，较已有研究明显提升。将该方案应用于透明光学元件视觉检测系统中，在移动精度仅为0.02 mm的条件下，获得了平均误差为0.12 pixel的图像拼接结果，实现了透明光学元件的大视场、高精度尺寸测量。
机器视觉 视觉检测 透明光学元件 校正 亚像素 图像拼接 随机采样一致性 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0615004
华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
为了解决视觉检测中由光照不均引起的金属线形被测物表面亮度差异变化过大而导致的灰度图像不能正确显示的问题，提出一种用于空间高曲率金属线形被测物的均匀化照明光源优化分析方法及解决方案。首先，基于光度学理论建立照明空间内任意点的理想照明模型。之后，推导该点表面照度、反射率、空间坐标信息与图像灰度之间的数学关系模型，利用MATLAB软件进行仿真模拟，对数据进行分析获取影响被测物均匀化照明成像的主要因素，在此基础上采用穹顶光源对照明光源进行改进，改进后金属线形被测物表面均匀度达92.85%。实验结果表明，该方案可以有效地提高金属线形被测物表面均匀度，较改进前提高34.77%，可以有效解决该类型被测物视觉检测中的成像问题。
机器视觉 机器视觉检测 均匀光照明 空间照度模型 光源优化 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0615003
华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州510641
航天器上的太阳帆板和卫星天线等为多柔性体的耦合系统。耦合多柔性体结构具有密集模态、低刚度和小阻尼等特点，易受扰动激励产生持久且幅值较大的耦合拍频振动。为了研究耦合多柔性体结构的主动振动抑制和抗扰动能力，本文针对一种三耦合柔性梁系统，采用机器视觉进行振动检测并用于反馈，通过一种非线性H∞控制方法进行振动控制。建立了基于视觉检测的弹簧连接的三耦合柔性压电梁实验平台。建立了有限元模型，并且根据自由振动信号和正弦响应信号激励辨识修正了模型参数。基于H∞算法给出了抗扰动指标，利用已辨识的有限元模型和所设计的非线性控制器，并且基于抗扰动指标、控制速度指标和能量消耗指标获得了H∞控制器。进行了基于视觉反馈的扰动振动控制实验研究。实验结果显示：H∞控制与PD控制振动抑制速度基本一致，但振动平稳时H∞控制的振动幅值较小。这表明H∞控制比PD控制具有更好的抗扰动能力。
多柔性体结构 耦合振动 视觉检测 H∞控制 flexible multi-body structure coupling vibration visual detection H∞ control 光学 精密工程
2022, 30(24): 3168
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220282
